工业生态学诞生于十几年前，近年的迅速发展尤为引人注目。工业生态学是用生态学的理论和方法来研究工业生产的一门新兴学科，它把工业生产视为类似于自然生态系统的封闭体系，其中一个单元产生的“废物”或副产品是另一个单元的“营养物”和投入原料。这样，区域内各个工业企业间就可以形成一个相互依存、类似于生态食物链过程的“工业生态系统”。有专家称，工业生态系统的概念与生物生态系统概念之间的类比不一定完美无缺，但如果工业体系模仿生物界的运行规则，人类将受益无穷。

工业生态学催生化学工业生态园区

□朱曾惠　　生态工业是一种根据工业生态学基本原理建立的、符合生态系统环境承载能力、物质和能量高效组合利用以及工业生态功能稳定协调的新型工业组合和发展形态。如何建立生态化学工业，使工业生态学在化学工业中得以实现，这是化学工业在21世纪面临的机遇和挑战之一。工业生态学案例介绍　　工业生态学的核心是如何将废弃物再使用(Reuse)、再循环(Recycle)或化学改性，化学工业历史上已有许多对废物进行回收利用的事例，例如下面介绍的氯循环利用工艺系统。　　工业上，每年一半以上的氯乙烯采用乙烯直接氯化法生产。仅考虑化学反应过程，每生成一分子氯乙烯同时生成一分子氯化氢，只有一半的原料氯进入目的产品氯乙烯，剩下的一半则生成废酸（氯化氢）；但氯化氢可以与乙烯和氧反应生成氯乙烯。所以，若将上述两个工艺过程结合起来，所有的原料氯分子都可与乙烯反应进入氯乙烯分子。如果再在其中增加生成氯的工艺过程，则可进一步提高氯的利用效率。　　最近出现了将异氰酸酯生产与氯乙烯制造结合起来形成氯/氯化氢的网络：氯分子与CO作用生成光气，光气再与胺反应生成异氰酸酯和副产氯化氢；异氰酸酯用于聚氨酯制造，氯化氢进行循环回收。这种氯/氯化氢网络最近已在美国海湾地区开发成功。　　另外，氯还可用来制造许多非氯化学品，如环氧氯丙烷水解制甘油、甲苯二胺与光气反应制二异氰酸甲苯、苯氯化制氯苯再脱氯化氢生成苯酚、苯胺与光气反应生成二异氰酸亚甲基二苯、丙烯氯化水合制环氧丙烷等。可考虑与这些氯产品制造工艺结合，形成更大的生态网络。建立大型网络系统——生态园区　　生态工业园区是依据循环经济理念和工业生态学原理而设计建立的一种新型工业组织形态。它的目标是尽量减少废物，将园区内一个工厂或企业产生的副产品用作另一个工厂的投入或原材料，通过废物交换、循环利用、清洁生产等手段，最终实现园区污染物“零排放”。　　丹麦的卡伦堡是一个由多种工业组成的生态园区，园区中有炼油厂、硫酸厂、制药厂、燃煤发电厂以及养鱼场和石膏制板厂，它们互相交换物料和能源。发电厂和炼油厂互供蒸汽、燃气和冷却水；发电厂的废热用作居民供热和温室、渔场取暖，燃煤的煤灰运到水泥制造厂，发电厂吸收器出来的硫酸钙送出去制造石膏板；制药厂产生的淤泥送给附近农民作肥料；炼油厂将原油脱硫所得的硫磺以热硫液形式送到硫酸厂等。此生态园区开发已历经30多年，一些物料和能源的交换也达数十年，目前仍在不断延伸扩展。　　生态园区的参与者均可从物料和能源交换中获益。丹麦卡伦堡生态园区里的燃煤电厂将发电过程中产生的余热和蒸汽送往炼油厂、温室、渔场和居民区供热系统，使发电厂燃煤的热量利用率达90%，损失的热量仅为烟道气散失。而美国单独燃煤电厂的燃烧热量效率化仅为40%。美国北德州生态园区的核心是钢厂，用废旧汽车作原料炼钢，产生的电弧炉灰含有大量锌、铅和微量铜、硫、锰、铬、镍等，具有一定的回收价值；汽车的其他零部件被焚烧，回收能量，其中有些塑料部件被分离出来。　　将各种工艺过程集成为最有效的网络并非易事，需要充分了解供应方和邻近物料的市场状况。作为化学工艺设计师，不仅要了解自身的生产工艺，还要了解原料和副产物应用的工艺过程，而且也不应仅局限在化学品制造范畴内。例如，从氯乙烯厂副产的氯化氢可以用于钢铁厂，化工厂也可使用来自半导体厂的副产氯化氢。物料和能源交换可行性　  生态园的建设有两条基本原则：一是在多种工业运营中集成物料和交换能源；二是以提高物料和能源的利用效率为目的。　　美国曾对物料和能量交换的可能性进行过评估。美国每年能量消费量达80×1015～100×1015 Btu（1Btu=1055.06J），其中1/3用于发电，而这部分发电用能量有2/3散失掉，这意味着所需总能量的近1/4可以通过利用散失的余热满足。如果在全国范围内将热和电结合起来，将会产生巨大的效益，但目前所做的工作还远远不够。　　工业中用大量水进行物料冷却、加热或加工处理，不同工艺和工业部门对水的质量要求不同，例如半导体制造装置要用超纯水，而其产生的废水可广泛用于其他工业过程。在所有的工业过程中几乎都需要用水，主要的节约手段在于水的交换使用和再利用，以将水耗控制在最小范围内。工业生态学新工具　　传统的化学工艺设计主要是对某一工艺内的物料流和能量流进行建模和优化，而不是考虑不同工艺间物料和能量的流动。采用能源和物料交流网络优化技术可以提高复杂的组合工艺装置的效率，找到余热利用、水的再利用以及工艺间物料交换的机会，这一技术可以用来提高工艺过程的集成水平。当然，进行工业生态系统设计需要开发全新的工具软件，现在美国已有部分工具问世，如工业物料交换工具软件（IME）、环境保护署的工业生态系统设计工具包（DIET）以及利用地理信息系统（GIS）设计工业废料交换等。